Application of 3D printing metal powder technology in the manufacture of components with complex geometries

ABSTRACT: The possibilities of using 3D printing powder technologies for making objects with complex geometries were presented. For this purpose, selected examples of elements with different geometries were used, which were built using metal powder methods – DMLS (direct metal laser sintering) / SLM (selective laser melting). Simultaneously, the indicated elements concern those areas of industry where 3D printing technology has been widely used in recent years, i.e. maritime and aerospace industries. Also, the metal 3D printing process was characterized by a description of the particular stages of model building. The directions of further development of the above mentioned 3D printing methods and the areas of possible applications of the 3D printed parts were presented, respectively.

KEYWORDS: rapid prototyping/manufacturing, 3D metal powder technology, objects with complex geometries

STRESZCZENIE: Przedstawiono możliwości zastosowania technologii proszkowych druku 3D z metalu do wykonywania elementów o złożonych geometriach. W tym celu posłużono się wybranymi przykładami komponentów, które zostały wyprodukowane z użyciem metod proszkowych z metalu – DMLS (direct metal laser sintering) / SLM (selective laser melting). Jednocześnie wskazane części pochodzą z tych obszarów przemysłu, w których technologia druku 3D w ostatnich latach znajduje szerokie zastosowanie – są to branża morska oraz lotnicza. Ponadto scharakteryzowano proces druku 3D z metalu i opisano poszczególne etapy budowy modelu. Przedstawiono kierunki dalszego rozwoju wymienionych technologii proszkowych druku 3D wraz z obszarami możliwych zastosowań wydrukowanych za ich pomocą części.

SŁOWA KLUCZOWE: rapid prototyping/manufacturing, technologia druku 3D z metalu, obiekty o złożonych geometriach

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

[1] Gebhardt A. “Understanding additive manufacturing”. Munich: Carl Hanser Verlag, 2012.

[2] Zhao X., Song B., Fan W., Zhang Y., Shi Y. “Selective laser melting of carbon/AlSi10Mg composites: Microstructure, mechanical and electronical properties”. Journal of Alloys and Compounds. 665 (2016): 271–281, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.12.126.

[3] Zieliński D. „Druk 3D części z tworzyw sztucznych na skalę przemysłową w technologii SLS”. Tworzywa Sztuczne w Przemyśle. (2020): 71–72.

[4] Ahuja B., Karg M., Schmidt M. “Additive manufacturing in production: challenges and opportunities”. Laser 3D Manufacturing II. International Society for Optics and Photonics. 9353 (2015), https://doi.org/10.1117/12.2082521.

[5] VDI-Richtlinien, VDI 3405. Blatt 1–Additive Fertigungsverfahren–Grundlagen, Begriffe, Verfahrensbeschreibungen. 2014.

[6] Siemiński P., Budzik G. „Techniki przyrostowe: druk drukarki 3D”. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2015.

[7] Roczniak P., Opozda D., Kordas K., Boratyński T. „Rapid Toling – technologie szybkiego wytwarzania narzędzi i serii prototypowych”. Mechanik. 12 (2016): 1898–1899, http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2016.12.542.

[8] Cader M. „Części z programowaną geometrią wewnętrzną wytwarzane przyrostowo – części PGW”. Mechanik. 7 (2017): 627–629, https://doi.org/10.17814/mechanik.2017.7.94.

[9] Deja M., Dobrzyński M., Flaszyński P., Haras J., Zieliński D. „Application of Rapid Prototyping technology in the manufacturing of turbine blade with small diameter holes”. Polish Maritime Research. Special Issue. 25, S1 (2018): 119–123, https://doi.org/10.2478/pomr-2018-0032.

[10] Zieliński D. „Zastosowanie technik Rapid Prototyping w wytwarzaniu mikrootworów”. Praca dyplomowa magisterska. Gdańsk: Politechnika Gdańska, 2017.

[11] Zieliński D. „Liebherr – pierwszy wydrukowany w technologii druku 3D metalowy główny element hydrauliczny układu kontroli lotu zastosowany w samolocie Airbus A380”, https://drukarki3d.pl/wdrozenia/liebherr/, wrzesień 2018 [dostęp: 6.06.2019 r.].

[12] Zieliński D. „Optymalizacja topologiczna części lotniczych”, https://staleo.pl/z-kraju-i-ze-swiata/technologie/3353/optymalizacja-topologiczna-czesci-lotniczych, październik 2018 [dostęp: 23.05.2019 r.].

[13] Dziubek T., Filip M. „Analiza i porównanie dokładności wybranych przyrostowych metod wytwarzania”. Mechanik. 12 (2015): 88, http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2015.12.557.

[14] Vaezi M., Safaeian D., Chua C.K. “Gas turbine blade manufacturing by use of epoxy resin tooling and silicone rubber molding techniques”. Rapid Prototyping Journal. 17, 2 (2011): 107–115, https://doi.org/10.1108/13552541111113853.

[15] Iftikhar A., Khan M., Alam K., Imran Jaffery S.H., Ali L., Ayaz Y., Khan A. “Turbine blade manufacturing through rapid tooling (RT) process and its quality inspection”. Materials and Manufacturing Processes. 28, 5 (2013): 534–538, https://doi.org/10.1080/10426914.2012.746698.

[16] Deja M., Siemiątkowski M.S., Zieliński, D. “Multi-Criteria Comparative Analysis of the Use of Subtractive and Additive Technologies in the Manufacturing of Offshore Machinery Components”. Polish Maritime Research. 27, 3 (2020): 71–81, https://doi.org/10.2478/pomr-2020-0048.

[17] Sher D. “Siemens achieves breakthrough with 3D printed gas turbine component”, https://www.3dprintingmedia.network/siemens-achieves-breakthrough-3d-printed-gas-turbine-blades/, luty 2017 [dostęp: 6.06.2020 r.].

[18] Huang R., Riddle M., Graziano D., Warren J., Das S., Nimbalkar S., Cresko J., Masanet E. “Energy and emissions saving potential of additive manufacturing: the case of lightweight aircraft components”. Journal of Cleaner Production. 135 (2016): 1559–1570, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.04.109.

[19] Nickels L. “AM and aerospace: an ideal combination”. Metal Powder Report. 70.6 (2015): 300–303, https://doi.org/10.1016/j.mprp.2015.06.005.

[20] Krueger H. “Standardization for Additive Manufacturing in Aerospace”. Engineering. 3.5 (2017): 585, https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.05.010.

[21] Deja M., Zielinski D. “A pilot study to assess an in-process inspection method for small diameter holes produced by direct metal laser sintering”. Rapid Prototyping Journal. 26-2 (2020): 418–436, https://doi.org/10.1108/RPJ-05-2019-0132.

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2020.12.20

 

* Artykuł recenzowany